Los investigadores de Johns Hopkins Medicine han desarrollado una prueba codificada por colores que indica rápidamente si las nanopartículas recientemente desarrolladas (compartimentos ultrapequeños diseñados para transportar medicamentos, vacunas y otras terapias) entregan su carga en las células.
Históricamente, las nanopartículas tienen una tasa de entrega muy baja al citosol, el compartimento interior de las células, liberando solo alrededor del 1% al 2% de su contenido. La nueva herramienta de prueba, diseñada específicamente para probar nanopartículas, podría impulsar la búsqueda de medicamentos biológicos de próxima generación.
Concretamente, la tecnología se basa en nanopartículas que se utilizan actualmente contra el cáncer y las enfermedades oculares, y en vacunas contra virus, incluido el SARS-CoV-2, el virus que causa la COVID-19. Por el momento, la herramienta ha sido probada en células de ratón cultivadas en el laboratorio y en ratones vivos.
“Muchas de las herramientas de evaluación actuales para nanopartículas solo prueban si una nanopartícula llega a una célula, no si la terapia puede escapar con éxito del entorno degradante del endosoma para llegar al interior del citosol de la célula, que es donde debe ubicarse el medicamento”, ha señalado uno de los investigadores.
La tecnología se basa en nanopartículas que se utilizan actualmente contra el cáncer y las enfermedades oculares, y en vacunas contra virus, incluido el SARS-CoV-2, el virus que causa la Covid-19
Investigaciones anteriores han estimado que solo alrededor del 1% al 2% de las nanopartículas "ingeridas" por las células pueden escapar de los compartimentos celulares que las atrapan para evitar ser digeridas o "escupidas". Además de las propiedades de su carga, las propiedades químicas de una nanopartícula determinan si es aceptada por una célula y capaz de evadir sus defensas celulares.
Para superar esos obstáculos en la entrega final, el equipo ha diseñado una herramienta de detección que evalúa cientos de formulaciones de nanopartículas en función de su capacidad no solo para llegar a una célula, sino también sobre la eficacia con la que la nanopartícula puede escapar con su carga para llegar al interior de una célula.
La prueba utiliza células de ratón cultivadas en el laboratorio que están diseñadas genéticamente para llevar un marcador fluorescente llamado Gal8-mRuby, que brilla de color rojo anaranjado cuando se abre una envoltura celular que envuelve una nanopartícula, liberando su carga en la célula.
NANOPARTÍCULAS BIODEGRADABLES QUE TRANSPORTAN ARNM
Después, las imágenes del proceso son analizadas por un programa de computadora que rastrea rápidamente la ubicación de las nanopartículas usando luz fluorescente roja y cuantifica cuán efectivas son las nanopartículas para ser liberadas en la célula al evaluar la cantidad de luz fluorescente naranja-roja.
Con esta técnica, un laboratorio puede seleccionar cientos de nanopartículas únicas para su entrega en unas pocas horas, con información detallada sobre la absorción de las nanopartículas y la entrega de su carga.
En experimentos con ratones, los investigadores han administrado nanopartículas biodegradables que transportaban ARNm que codificaba un gen llamado luciferasa, que hace que las células brillen. Luego, han rastreado si las células de ratón aceptaban el gen y comenzaban a expresarlo, iluminando las células objetivo como un rayo.
En este sentido, el equipo ha descubierto que las nanopartículas de alto rendimiento en las pruebas celulares tenían una alta correlación positiva con el rendimiento de la entrega de genes de nanopartículas en ratones vivos, lo que muestra que el ensayo de nanopartículas es un buen predictor de la entrega exitosa de la carga.
En más estudios con ratones, los investigadores también han descubierto que diferentes combinaciones de grupos químicos en las nanopartículas basadas en polímeros llevaron a las nanopartículas a apuntar a diferentes tipos de tejidos.
Al analizar cómo se comportaban las partículas en el cuerpo del ratón, el equipo ha encontrado que las propiedades químicas del polímero podrían dirigir la terapia génica de nanopartículas a células diana específicas, como las células endoteliales en los pulmones o las células B en el bazo.